Poederkool in slib. Effect op de huidige en toekomstige slibeindverwerking (IPMV)

(1)

I

TEL 033 460 32 00 FAX 033 460 32 50 Stationsplein 89 POSTBUS 2180 3800 CD AMERSFOORT

RAPPORT

2020 34

POEDERKOOL IN SLIB: EFFECT OP DE HUIDIGE EN TOEKOMSTIGE SLIBEINDVERWERKING2020

POEDERKOOL IN SLIB:

EFFECT OP DE HUIDIGE EN TOEKOMSTIGE

SLIBEINDVERWERKING

(2)

stowa@stowa.nl www.stowa.nl TEL 033 460 32 00 Stationsplein 89 3818 LE Amersfoort

Publicaties van de STOWA kunt u bestellen op www.stowa.nl

2020

34 RAPPORT

ISBN 978.90.5773.906.4

(3)

UITGAVE Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer Postbus 2180

3800 CD Amersfoort

PROJECTUITVOERING

Amber Vergnes, Tauw Heleen Niele, Tauw Berend Reitsma, Tauw

Ellen van Voorthuizen, Royal HaskoningDHV

BEGELEIDINGSCOMMISSIE

Andrea Potma, Waterschap Aa en Maas Anna Koenis, Hoogheemraadschap van Rijnland Ad de Man, Waterschapsbedrijf Limburg Arnoud de Wilt, Royal HaskoningDHV Bart Verberkt, Waterschap Aa en Maas

Dirk Koot, Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier Gerard Rijs, Rijkswaterstaat, WVL

Herman Evenblij, Royal HaskoningDHV John Koop, Waterschap Hunze en Aa’s Miriam Bakker, Waterschap Vallei en Veluwe

Mirabella Mulder, Mirabella Mulder Waste Water Management Patricia Clevering-Loeffen, Sweco

Paul Roeleveld, Royal HaskoningDHV

Roger Vingerhoeds, Waterschap Brabantse Delta Ruud Schemen, Waterschap De Dommel

Cora Uijterlinde, STOWA

FOTO OMSLAG Bron: NRC (foto slib) DRUK Kruyt Grafisch Adviesbureau STOWA STOWA 2020-34

ISBN 978.90.5773.906.4

COLOFON

Copyright Teksten en figuren uit dit rapport mogen alleen worden overgenomen met bronvermelding.

Disclaimer Deze uitgave is met de grootst mogelijke zorg samengesteld. Niettemin aanvaarden de auteurs en de uitgever geen enkele aansprakelijkheid voor mogelijke onjuistheden of eventuele gevolgen door

(4)

TEN GELEIDE

De aanwezigheid van poederkool in slib verandert de kwaliteit en kwantiteit van het af te voeren slib. Bij het maken van de keuze op welke wijze de aanvullende zuivering voor de verwijdering van de microverontreinigingen gaat plaatsvinden, is het advies om hierbij de gehele afvalwater- en slibketen te beschouwen inclusief de slibeindverwerking.

Het ministerie van IenW, de STOWA en de Nederlandse Waterschappen hebben gezamenlijk het Innovatieprogramma Microverontreinigingen uit Afvalwater (IPMV) opgezet om de ontwikkeling van veelbelovende verwijderingstechnieken te versnellen. Doel is dat de waterschappen binnen vijf tot zeven jaar meer beproefde technieken tot hun beschikking hebben voor de verwijdering van micro-verontreinigingen. Het innovatieprogramma is onderver- deeld in vijf verschillende thema’s, waaronder het thema Poeder-Actiefkool.

De aanwezigheid van poederkool in slib verandert de kwaliteit en kwantiteit van het af te voeren slib en heeft daarmee invloed op de slibeindverwerking. In het onderzoek wat in dit rapport wordt beschreven, is deze invloed van het toepassen van poederkool voor de huidige en toekomstige slibeindverwerking in beeld gebracht. Dit is gedaan door rekening te houden met een aantal onzekerheden: het aantal zuiveringen waar poederkool toegepast gaat worden, welke dosering daarbij gebruikt wordt en het effect op de slibontwatering. Daarbij komt dat tegelijkertijd ook de wereld van de slibeindverwerking volop in beweging is. Ook de onzekerheden omtrent de huidige en toekomstige hoeveelheid te verwerken slib en de beschikbare verwerkingsroutes zijn meegenomen.

De aanwezigheid van poederkool in slib heeft allereerst invloed op de verwerkingscapaciteit van installaties. De afweging over het wel of niet toepassen van poederkooldosering kan daarom alleen op individueel waterschapsniveau gemaakt worden. Autonome ontwikkelingen zoals een hoger afvalwateraanbod en/of meer of een betere vergisting, hebben afhankelijk van de mate waarin dit plaats vindt, vaak een grotere impact op de verwerkingscapaciteit dan de aanwezigheid van poederkool in slib. Op nationaal niveau lijkt de invloed van de aanwezigheid van poederkool op de verwerkingscapaciteit beperkt.

Ten tweede heeft de aanwezigheid van poederkool in slib mogelijk invloed op de afzetbaar- heid van restproducten, de behandeling en lozing van het geproduceerde afvalwater van de slibeindverwerking en het voldoen aan de emissie-eisen voor de geproduceerde rookgassen.

Dit wordt veroorzaakt doordat zeer zorgwekkende stoffen zoals PFAS en arseen in hogere mate aan het poederkool hechten. Op dit punt is nog meer onderzoek nodig.

Belangrijkste advies uit dit rapport is om bij de besluitvorming over de inrichting van de zuivering voor de verwijdering van microverontreinigingen de impact op de slibeindverwerking nadrukkelijk in de beschouwing mee te nemen.

Joost Buntsma Directeur STOWA

(5)

SAMENVATTING

AANLEIDING, DOELSTELLING EN AFBAKENING

Voor de verwijdering van medicijnresten en andere microverontreinigingen uit (stedelijk) afvalwater zijn diverse technologieën beschikbaar. Bij de keuze van een geschikte technologie wordt naar verschillende aspecten gekeken, zoals het verwijderingsrendement, de kosten en duurzaamheidsaspecten. De dosering van poederkool aan actiefslib (of aan het effluent met gezamenlijke afvoer van verzadigde kool en spuislib) is één van de mogelijke in te zetten technologieën. De inzet van poederkool verandert zowel de hoeveelheid geproduceerd slib als ook de samenstelling van dit slib en heeft daarmee een impact op de slibeindverwerking. Hoe groot die invloed is, is voor een groot deel nog onbekend. Om de invloed op de slibeindverwerking wel mee te kunnen nemen in de overwegingen rondom de verwijdering van microverontreinigingen is er de behoefte aan een verkenning van de invloed van poederkool in slib voor zowel de huidige als de toekomstige situatie van de slibeindverwerking.

Het doel van het project is om te bepalen wat de invloed is van poederkool in slib, afhankelijk van de mate waarin inzet van poederkool toegepast gaat worden op rwzi’s, voor zowel de huidige als voor de toekomstige situatie van de slibeindverwerking in Nederland.

Het doel van het project is niet om een oordeel te geven of poederkool in actiefslib wel of niet dient te worden toegepast. Het rapport beoogt vooral de mechanismen te laten zien hoe poederkool in slib de huidige en toekomstige verwerking van slib beïnvloedt en welke factoren daarbij van belang zijn. Dit om uiteindelijk bij de planvorming rondom de verwijdering van microverontreinigingen én de realisatie van nieuwe slibeindverwerkingsinstallaties de invloed van poederkool in slib mee te kunnen nemen.

AANPAK

Om de invloed van poederkool in slib op de huidige en toekomstige slibeindverwerking in beeld te brengen is rekening gehouden met een aantal onzekerheden. Dit betreffen onzekerheden over het aantal rwzi’s waarin poederkooldosering aan actiefslib in Nederland wordt toegepast, welke dosering daarbij gebruikt wordt en wat de invloed is van poederkool in slib op het ontwateringsresultaat. De invloed van deze aspecten zijn aan de hand van de huidige slibproducties en verwerkingsroutes in beeld gebracht. Aan de andere kant zijn er ook onzekerheden over de toekomstige hoeveelheid te verwerken slib, de autonome ontwikkelingen, en de toekomstige verwerkingsroutes. Om de invloed van deze ontwikkelingen in beeld te brengen is aan de hand van slibprognoses de invloed van poederkool in slib in beeld gebracht voor de korte en middellange termijn bij de dan beschikbare verwerkingsroutes.

Op basis van de analyse van de impact van poederkool in slib op de huidige en toekomstige slibeindverwerking zijn een aantal aandachtspunten benoemd die daarmee inzicht geven in de belangrijkste kennishiaten om de invloed van poederkool in slib goed te kunnen duiden.

INVLOED POEDERKOOL IN SLIB

De impact die poederkool in slib heeft op de huidige en toekomstige slibeindverwerking hangt voornamelijk af van de hoeveelheid zuiveringen (en de omvang daarvan) waar poederkooldosering toegepast gaat worden en welke dosering daarbij wordt gebruikt. Uit de analyse van de scenario’s waarin 16 tot 34 rwzi’s worden voorzien van poederkooldosering in actief-

(6)

slib lijken de effecten voor Nederland als geheel klein. In deze scenario’s varieert de verandering in af te voeren tonnen slibkoek, tonnen organische droge stof en verbrandingswaarde tussen de 0 en maximaal 5%.

Autonome ontwikkelingen zoals een hoger afvalwateraanbod en/of meer of betere vergisting, hebben afhankelijk van de mate waarin dit plaatsvindt vaak een grotere impact dan de aanwezigheid van poederkool in slib. Echter op het niveau van een individuele installatie van de slibeindverwerking kan de aanwezigheid van poederkool in slib een grotere impact hebben omdat:

• de verwachting is dat er de komende vijf jaar een tekort aan slibeindverwerkingscapaci- teit is om fluctuaties in de aanvoer op te kunnen vangen.

• bij relatief kleine verwerkingsinstallaties een slibstroom met poederkool van een grotere rwzi sneller een grotere invloed kan hebben.

Bovenstaande geldt voor de huidige slibeindverwerkingsinstallaties. Voor eventueel nieuw te realiseren installaties kan rekening worden gehouden met de poederkool, die met het slib wordt aangeleverd. De extra energie, die in dit poederkool zit, kan dan mogelijk ook nuttig worden ingezet.

Om bovengenoemde redenen kan er geen algemene uitspraak gedaan worden of er wel of niet problemen ontstaan bij de slibeindverwerking door het toepassen van poederkooldosering. Dit dient op individueel waterschapsniveau bepaald te worden. Het advies is daarom ook om bij de besluitvorming rondom de inrichting van de zuivering voor de verwijdering van microverontreinigingen de impact op de slibeindverwerking mee te nemen. Dit geldt zowel voor de huidige slibeindverwerkingsinstallaties als voor mogelijk nieuw te realiseren installaties in de toekomst. Belangrijk is dan wel om bij het ontwerp van nieuw te realiseren verwerkingsinstallaties op voorhand rekening te houden met de aanwezigheid van poederkool in slib en deze zo nauwkeurig mogelijk vast te stellen.

AANDACHTSPUNTEN BIJ VERWERKING SLIB MET POEDERKOOL

Belangrijkste punt van aandacht voor de verwerking van slib met poederkool is de mate waarin andere stoffen zoals kwik, Zeer Zorgwekkende Stoffen (ZZS zoals PFAS en andere), zware metalen (in het bijzonder arseen), aan het poederkool adsorberen en hoe deze zich verder gedragen bij de eindverwerking van slib. De aanwezigheid van genoemde stoffen in het slib leiden mogelijk tot knelpunten in de afzet van restproducten, in het te lozen afvalwater en/of in de overschrijding van de emissie-eisen voor de rookgassen. Dit punt is van belang bij uiteindelijk alle verwerkingsroutes omdat in de huidige situatie in Nederland het ontwaterde en biologisch/thermisch gedroogde slib grotendeels wordt verbrand. Daarom moet aan de emissie-eisen naar de lucht en aan eisen voor het afvalwater of aan de emissie-eisen naar het ontvangende oppervlaktewater worden voldaan. Ook voor de afzetroute van biologisch gedroogd slib naar de Franse landbouw is dit een punt van aandacht.

Tot slot is nog de verwerking van slib met (in de tijd) verschillende samenstellingen (wel/geen poederkool) een punt van aandacht. Dit punt heeft vooral invloed op de huidige monoverbrandingsinstallaties. Bij te grote verschillen in samenstelling van het te verwerken slib kan de doorzet van de installatie beperkt worden doordat op verschillende vlakken dan meer bijsturing nodig is.

(7)

TE ONTWIKKELEN KENNIS

Om een goede afweging te kunnen maken rondom de inrichting van de zuivering voor de verwijdering van microverontreinigingen is het advies om in de geplande demo’s met poederkooldosering in actiefslib:

• De invloed van poederkool in slib op het ontwateringsresultaat te monitoren.

• De mate waarin kwik, zeer zorgwekkende stoffen en zware metalen, in het bijzonder arseen aan poederkool adsorberen te monitoren en te onderzoeken in hoeverre (of wanneer) dit bij de eindverwerker mogelijk tot knelpunten leidt in de afzet van restproducten, het afvalwater en/of overschrijding van de emissie-eisen voor de rookgassen.

• Aanvullend daaraan de impact van de aanwezigheid van PFAS in slib bij de slibeindverwerking mee te nemen in het al lopende onderzoek dat door STOWA is opgestart rondom PFAS op de rwzi’s.

(8)

DE STOWA IN HET KORT

STOWA is het kenniscentrum van de regionale waterbeheerders (veelal de waterschappen) in Nederland. STOWA ontwikkelt, vergaart, verspreidt en implementeert toegepaste kennis die de waterbeheerders nodig hebben om de opgaven waar zij in hun werk voor staan, goed uit te voeren. Deze kennis kan liggen op toegepast technisch, natuurwetenschappelijk, bestuurlijk- juridisch of sociaalwetenschappelijk gebied.

STOWA werkt in hoge mate vraaggestuurd. We inventariseren nauwgezet welke kennisvragen waterschappen hebben en zetten die vragen uit bij de juiste kennisleveranciers. Het initiatief daarvoor ligt veelal bij de kennisvragende waterbeheerders, maar soms ook bij kennisinstel- lingen en het bedrijfsleven. Dit tweerichtingsverkeer stimuleert vernieuwing en innovatie.

Vraaggestuurd werken betekent ook dat we zelf voortdurend op zoek zijn naar de ‘kennisvragen van morgen’ – de vragen die we graag op de agenda zetten nog voordat iemand ze gesteld heeft – om optimaal voorbereid te zijn op de toekomst.

STOWA ontzorgt de waterbeheerders. Wij nemen de aanbesteding en begeleiding van de gezamenlijke kennisprojecten op ons. Wij zorgen ervoor dat waterbeheerders verbonden blijven met deze projecten en er ook 'eigenaar' van zijn. Dit om te waarborgen dat de juiste kennisvragen worden beantwoord. De projecten worden begeleid door commissies waar regionale waterbeheerders zelf deel van uitmaken. De grote onderzoekslijnen worden per werkveld uitgezet en verantwoord door speciale programmacommissies. Ook hierin hebben de regionale waterbeheerders zitting.

STOWA verbindt niet alleen kennisvragers en kennisleveranciers, maar ook de regionale waterbeheerders onderling. Door de samenwerking van de waterbeheerders binnen STOWA zijn zij samen verantwoordelijk voor de programmering, zetten zij gezamenlijk de koers uit, worden meerdere waterschappen bij één en het zelfde onderzoek betrokken en komen de resultaten sneller ten goede aan alle waterschappen.

De grondbeginselen van STOWA zijn verwoord in onze missie:

Het samen met regionale waterbeheerders definiëren van hun kennisbehoeften op het gebied van het waterbeheer en het voor én met deze beheerders (laten) ontwikkelen, bijeenbrengen, beschikbaar maken, delen, verankeren en implementeren van de benodigde kennis.

(9)

POEDERKOOL IN SLIB: EFFECT OP DE HUIDIGE EN TOEKOMSTIGE SLIBEINDVERWERKING

INHOUD

TEN GELEIDE SAMENVATTING

DE STOWA IN HET KORT

1 INLEIDING 1

1.1 Achtergrond 1

1.2 Doelstelling en afbakening 1

1.3 Opzet en leeswijzer 2

2 HUIDIG SPEELVELD 3

2.1 Verwijdering microverontreinigingen 3

2.2 Slibeindverwerking 3

2.2.1 Verwerkingsroutes 3

2.2.2 Stand van zaken 4

3 IMPACT POEDERKOOL IN SLIB OP HUIDIGE SLIBEINDVERWERKING 6

3.1 Aanpak 6

3.1.1 Algemeen 6

3.1.2 Verwerkingsroutes ontwaterd slib en impact poederkool 6

3.1.3 Scenario’s poederkooldosering 9

3.2 Uitgangspunten berekeningen 10

3.2.1 Slibroutes – huidige slibproducties 10

3.2.2 Poederkooldosering- en kwaliteit 11

3.2.3 Drogestofgehalte slibontwatering 12

3.2.4 Verbrandingswaarde 13

3.2.5 Monoverbranders: Organisch drogestofproductie en verdrongen hoeveelheid slibkoek 14

3.3 Impact op slibkwantiteit 14

3.3.1 Biologisch drogen plus verbranding 15

3.3.2 Thermisch drogen plus verbranding 18

3.3.3 Monoverbranding 20

3.3.4 Co-verbranding 21

3.4 Samenvatting impact op slibkwantiteit 22

3.5 Impact op slibkwaliteit 23

(10)

4 IMPACT POEDERKOOL IN SLIB OP TOEKOMSTIGE SLIBEINDVERWERKING 25

4.1 Inleiding 25

4.2 Aanpak 25

4.2.1 Poederkooldosering 26

4.2.2 Slibproducties 26

4.2.3 Verwerkingsroutes 27

4.2.4 Kwalitatieve analyse 28

4.3 Biologische drogen 28

4.3.1 Impact verwerkingscapaciteit 28

4.3.2 Kwalitatieve analyse impact 29

4.4 Thermisch drogen 30

4.5 Monoverbranding 32

4.6 Co-verbranding 35

4.7 Aandachtspunten 36

4.7.1 Bestaande verwerkingsroutes 36

4.7.2 Nieuwe verwerkingsroutes 37

4.8 Impact TDH plus gisting op verbrandingswaarde slib 38

4.8.1 Aanpak en uitgangspunten 38

4.8.2 Resultaten 39

5 VERVOLGONDERZOEK 40

6 CONCLUSIES EN ADVIES 42

6.1 Conclusies 42

6.2 Advies 43

BIJLAGE 1 POEDERKOOLSCENARIO’S RWZI’S HUIDIGE SITUATIE 44

BIJLAGE 2 TOEKOMSTIGE SLIBPRODUCTIES 52

BIJLAGE 3 TOEKOMSTIGE VERWERKINGSROUTES 53

BIJLAGE 4 VRAGENLIJST EINDVERWERKERS 54

BIJLAGE 5 DETAILS UITWERKING TDH 56

(11)

1

INLEIDING

1.1 ACHTERGROND

De markt voor slibeindverwerking is op dit moment volop in beweging. Installaties bereiken het einde van hun technische (en financiële) levensduur en contracten lopen af. Dit betekent dat de komende 10 jaar alle waterschappen aan de slag gaan met hun strategie ten aanzien van de slibeindverwerking. Tegelijkertijd zijn de waterschappen ook bezig met de overwe- ging of en hoe zij microverontreinigingen gaan verwijderen. De dosering van poederkool aan actiefslib (of aan het effluent met gezamenlijke afvoer van verzadigde kool en spuislib) is één van de mogelijke routes. De inzet van poederkool verandert zowel de hoeveelheid geproduceerd slib als ook de samenstelling van dit slib en heeft daarmee een impact op de slibeindverwerking. Hoeveel en in welke mate is momenteel lastig in te schatten. Er is daarom behoefte aan een verkenning van de impact van poederkool in actiefslib, afhankelijk van de mate waarin inzet van poederkool toegepast gaat worden, voor zowel de huidige als voor de toekomstige situatie van de slibeindverwerking.

1.2 DOELSTELLING EN AFBAKENING

Het doel van het project is het bepalen van de invloed van de inzet van poederkool in actiefslib op de huidige en toekomstige slibeindverwerking in Nederland om daarmee de waterschappen van handvatten te voorzien die toegepast kunnen worden bij de uitwerking van de strategie voor de verwijdering van microverontreinigingen én voor de strategie van de slibeindverwerking.

De volgende vragen vallen buiten de scope van deze opdracht:

• Effecten van poederkool op de effluentkwaliteit.

• Effecten van poederkool op de bedrijfsvoering van de zuivering.

• CO₂ voetafdruk, kosten en invloed van productie van benodigde poederkool en de dosering hiervan op de rwzi.

Dit rapport verschijnt in een periode dat er sprake is van krapte in de verwerkingscapaciteit van ontwaterd slib om fluctuaties in de aanvoer op te vangen. Afhankelijk van de mate waarin dosering van poederkool in slib de komende 5 tot 10 jaar wordt toegepast kan dit voor installaties een zekere mate van verlies in doorzet veroorzaken. Dit rapport beoogt niet om een voorspelling te doen over wanneer en in welke mate verlies wel of niet optreedt. Het rapport beoogt vooral de mechanismen te laten zien over hoe poederkool in slib de verwerking van slib beïnvloedt en welke factoren daarbij van belang zijn. Dit om uiteindelijk bij de planvorming rondom de verwijdering van microverontreinigingen en de realisatie van nieuwe slibeindverwerkingsinstallaties de invloed van poederkool in slib mee te kunnen nemen in de overwegingen.

(12)

1.3 OPZET EN LEESWIJZER

Om de invloed van poederkool in slib op de huidige en toekomstige slibeindverwerking in beeld te brengen is rekening gehouden met een aantal onzekerheden, zie Figuur 1. Dit betreffen onzekerheden over het aantal rwzi’s waar poederkooldosering aan actiefslib wordt toegepast, welke dosering daarbij gebruikt wordt en wat de invloed is van poederkool in slib op het ontwateringsresultaat. De invloed van deze aspecten zijn aan de hand van de huidige slibproducties en verwerkingsroutes in beeld gebracht (hoofdstuk 3). Aan de andere kant zijn er nog onzekerheden over de toekomstige hoeveelheid te verwerken slib, de autonome ontwikkelingen, en de toekomstige verwerkingsroutes.

Om de invloed van deze ontwikkelingen in beeld te brengen is aan de hand van slibprognoses voor 2022 en 2025 de invloed van poederkool in slib in beeld gebracht voor de in 2022 en 2025 (en 2030) beschikbare verwerkingsroutes (hoofdstuk 4).

Op basis van de analyse van de impact van poederkool in slib op de huidige en toekomstige slibeindverwerking zijn een aantal aandachtspunten benoemd die daarmee inzicht geven in de belangrijkste kennishiaten om de invloed van poederkool in slib goed te kunnen duiden (hoofdstuk 5).

FIGUUR 1 SCHEMATISCHE WEERGAVE OPZET ONDERZOEK NAAR INVLOED VAN POEDERKOOL IN SLIB OP DE SLIBEINDVERWERKING

Aangezien de verwachting is dat nog de nodige kennis rondom de impact van poederkool in slib op de slibeindverwerking ontwikkeld dient te worden en er nog onzekerheid bestaat over toekomstige inrichting van de slibeindverwerking en de wijze van de verwijdering van microverontreiniging, is in hoofdstuk drie en vier onderscheid gemaakt in harde en zachte feiten als het gaat om de uitgangspunten voor de berekening van de impact van poederkool op de slibkwaliteit, en -kwantiteit en de impact op de slibeindverwerking. De uitgangspunten die hierbij zijn gebruikt zijn duidelijk en traceerbaar vastgelegd.

Voorafgaand aan hoofdstuk drie en vier is in hoofdstuk twee kort het huidig speelveld geschetst rondom de verwijdering van microverontreinigingen en de slibeindverwerking.

Het rapport sluit in hoofdstuk zes af met de conclusies van de impact van poederkool in slib en het advies voor vervolgonderzoek om kennishiaten in te vullen.

(13)

2

HUIDIG SPEELVELD

2.1 VERWIJDERING MICROVERONTREINIGINGEN

Binnen het Innovatieprogramma microverontreinigingen uit rwzi-afvalwater worden verschillende onderzoeken gedaan. Doel van deze onderzoeken is om de waterschappen inzicht te geven in (nieuwe) innovatieve manieren om microverontreinigingen te verwijderen.

Een technologie die al in Duitsland en Zwitserland wordt gebruikt, is poeder actief-kooldosering in de actief-slibtank (PACAS). Er is ook in Nederland een praktijkproef gedaan met PACAS¹. In deze proef zijn goede verwijderingsrendementen gevonden. Poeder actief kool kan op verschillende manieren gedoseerd worden, in de actief-slibtank of in een nageschakelde contactreactor. Bij dosering in de actief-slibtank komt het poederkool in het slib terecht.

Bij de nageschakelde variant wordt het poederkool nu via het surplusslib afgevoerd, maar onderzoek vindt plaats op welke wijze het poederkool eventueel apart afgevoerd kan worden.

De mate van poederkooldosering heeft invloed op de slibkwaliteit- en kwantiteit. De impact daarvan wordt in hoofdstuk drie besproken.

In een eerder STOWA onderzoek² is onderzocht welke rwzi’s de grootste bijdrage hebben aan microverontreinigingen in het oppervlaktewater. Afhankelijk van de beoordelingscriteria worden verschillende rwzi’s geclassificeerd als hotspot. De uitkomst van de Hotspotanalyse vormt de basis voor de scenario-analyse in hoofdstuk drie die kijkt naar de impact van poederkooldosering op de slibkwaliteit en kwantiteit.

2.2 SLIBEINDVERWERKING

2.2.1 VERWERKINGSROUTES

De wijze waarop ontwaterd slib moet worden verwerkt, staat beschreven in sectorplan 16 van het landelijk afval beheerplan (LAP-3). De minimale standaard die daar voor ontwaterd slib onder andere is genoemd, is verbranding van slib. In de huidige situatie (anno 2020) wordt nagenoeg al het ontwaterde slib in Nederland uiteindelijk verbrand. Voor verbranding wordt voor een deel van het slib eerst droging toegepast hetzij biologisch hetzij via aardgas.

De verwerking van ontwaterd slib in Nederland kan daarom worden opgesplitst in directe verbranding of verbranding na een drogingsstap. Een overzicht van de verwerkingsroutes anno 2020 is weergegeven in Figuur 2.

Verbranding van biologisch gedroogd slib vindt plaats in elektriciteits- of afvalverbrandings- installatie. Door het hogere drogestofgehalte van het biologisch gedroogde slib (60 – 65% DS) levert verbranding van dit slib netto energie op. Bij verbranding van ontwaterd slib (20 – 25%

DS) wordt nagenoeg alle energie die vrijkomt bij de verbranding gebruikt om het water te verdampen. Dit proces verschilt dus wezenlijk van de verbranding van biologisch gedroogd

1 STOWA, 2018 PACAS – Poederkooldosering in actiefslib voor verwijdering van microverontreinigingen, rapport 2018 – 02.

2 STOWA, 2017 Landelijke hotspotanalyse geneesmiddelen rwzi ‘s, rapport 2017 - 42

(14)

slib, maar beide worden in dit rapport wel als verbranding benoemd. Dit geldt ook voor de verbranding van thermisch gedroogd slib in een biomassa energiecentrale (BEC) of bij de cementindustrie. Door het hoge drogestofgehalte (minimaal 90% DS) levert verbranding van dit slib energie op die kan worden gebruikt voor warmtelevering (BEC). In de cementindustrie is het gedroogde slib een alternatieve (duurzamere) brandstof voor fossiele brandstoffen.

De vrijkomende energie uit de verbranding van het gedroogde slib wordt ingezet voor de productie van cement. De resterende as wordt daarbij ook nog nuttig ingezet als grondstof voor het cement. Een beperkt niet nader bekend deel van het biologisch gedroogd slib wordt afgezet naar de landbouw in Noord-Frankrijk.

FIGUUR 2 OVERZICHT HUIDIGE (ANNO 2020) ROUTES VOOR DE EINDVERWERKING VAN ONTWATERD SLIB

De situatie zoals weergegeven in Figuur 2 is de situatie in 2020, maar deze zal richting de toekomst veranderen. In hoofdstuk vier is voor drie scenario’s (2022, 2025 en 2030) invulling gegeven voor de toekomstige inrichting van de slibeindverwerking.

2.2.2 STAND VAN ZAKEN

Sinds eind 2017 is een tekort zichtbaar in de verwerkingscapaciteit van ontwaterd slib om fluctuaties in de aanvoer op te vangen. Dit tekort is het gevolg van een toename in de hoeveelheid te behandelen afvalwater, achterblijven van de verwachte slibreducties door Energiefabrieken en het wegvallen van de afzetmogelijkheden in Duitsland³. Dit laatste heeft ertoe geleid dat vanaf eind 2017 ontwaterd- en biologisch gedroogd slib is gestort.

In 2019 is opnieuw een inventarisatie uitgevoerd naar de balans tussen de hoeveelheid te verwerken slib en de verwerkingscapaciteit in Nederland³. Door de waterschappen is voor de periode 2020 – 2030 opgegeven welke slibproducties verwacht worden. In deze prognoses zijn ontwikkelingen rondom het afvalwateraanbod (door groei of krimp van bevolking) en meer en/of betere vergisting meegenomen. Door de huidige eindverwerkers (en enkele waterschappen) is aangegeven welke verwerkingscapaciteit voor diezelfde periode beschikbaar is of komt (in geval van nieuw te realiseren capaciteit). Op basis van deze gegevens is voor de

3 Royal HaskoningDHV, 2020, Inventarisatie slibeindverwerking 2019; Directierapport; referentie: WWWAT_BG8789_

R001_F1.0.

(15)

periode 2020 – 2025 een balans opgemaakt tussen slibaanbod en beschikbare verwerkingscapaciteit. Het jaar 2030 is daar bij buiten beschouwing gelaten, omdat er te veel onzekerheden zijn in slibaanbod, verwerkingscapaciteit en ontwikkelingen in wet & regelgeving.

De belangrijkste conclusies uit deze inventarisatie waren dat:

• De huidige situatie waar een tekort in verwerkingscapaciteit zichtbaar is om fluctuaties in de aanvoer op te vangen tot en met 2022 blijft bestaan.

- De aanvoer van slib vindt niet gelijkmatig over het jaar plaats, maar piekt in de eerste maanden van het jaar. Tegelijkertijd is de verwerkingscapaciteit ook niet 100%

beschikbaar gedurende het gehele jaar als gevolg van (on)gepland onderhoud en incidenten.

• Na 2022 voor een robuuste slibeindverwerking alle nu beschikbare en nog nieuw te realiseren verwerkingscapaciteit voor ontwaterd slib nodig is en alle opgegeven reducties in slibaanbod dienen behaald te worden. Indien één of beide niet waargemaakt kan worden, dan is het realistisch om tot eind 2025 rekening te houden met een tekort aan verwerkingscapaciteit om fluctuaties op te vangen.

• Er meer verwerkingscapaciteit nodig is voor de afzet van biologisch en thermisch gedroogd slib.

- Een groot gedeelte van het nu in Nederland geproduceerde biologisch en thermisch gedroogde slib werd tot circa 2017 in Duitsland verwerkt. Door het wegvallen van die markt is er op dit moment (najaar 2020) soms nog sprake van een tekort aan verwerkingscapaciteit.

(16)

3

IMPACT POEDERKOOL IN SLIB OP HUIDIGE SLIBEINDVERWERKING

3.1 AANPAK

3.1.1 ALGEMEEN

De impact van poederkool in slib op de huidige en toekomstige slibeindverwerking wordt door verschillende factoren beïnvloed die nu nog enige mate van onzekerheid kennen. Het doel van dit hoofdstuk is daarom om inzicht te krijgen in de invloed van:

• Het aantal rwzi’s (en de omvang daarvan). Om de impact hiervan inzichtelijk te maken is gewerkt in vier scenario’s (zie verder §3.1.3).

• De hoeveelheid gedoseerd poederkool. De impact hiervan is inzichtelijk gemaakt aan de hand van twee doseerhoeveelheden, 10 en 15 mg poederkool per liter afvalwater (zie verder §3.2.2).

• De impact van poederkool op het ontwateringsresultaat. De impact hiervan is inzichtelijk gemaakt door uit te gaan van geen en wel een verbetering van het ontwateringsresultaat (zie verder §3.2.3).

Aan de hand van de huidige slibproducties en verwerkingsroutes worden in dit hoofdstuk de bovengenoemde inzichten verkregen. In het volgende hoofdstuk wordt gekeken naar de impact van poederkool in slib op de slibeindverwerking in de toekomst.

Bovengenoemde factoren hebben invloed op verschillende kwantitatieve aspecten van slib die bij de verwerking een rol spelen. Deze zijn: de hoeveelheid slib in tonnen slibkoek, tonnen (organische) droge stof, de verbrandingswaarde en de verdrongen hoeveelheid slibkoek.

Afhankelijk van de toegepaste verwerkingsroute is één aspect of zijn meerdere aspecten van toepassing (zie verder §3.1.2).

De toepassing van poederkool in slib heeft naast een kwantitatief effect ook effect op de kwaliteit van het slib (zie §3.5). Dit aspect is van belang voor het verdere functioneren van de huidige en toekomstige verwerkingsinstallatie- en routes. Dit is in hoofdstuk vier per verwerkingsroute verder uitgewerkt en wordt hier niet verder besproken.

3.1.2 VERWERKINGSROUTES ONTWATERD SLIB EN IMPACT POEDERKOOL

In Nederland wordt het ontwaterde slib via verschillende verwerkingsroutes verwerkt. Voor 2018 is dit inzichtelijk gemaakt in Figuur 3. In 2018 werd 11% van het slib via co-verbranding verwerkt, 16% via biologische droging en verbranding, 18% via thermisch drogen en verbranding en 54% via monoverbranding. Het biologisch of thermisch gedroogde slib wordt via verschillende routes verwerkt. Dit komt in het vervolg van deze paragraaf verder aan bod.

(17)

FIGUUR 3 SLIBAFVOER NAAR EINDVERWERKER IN 2018; LINKS: AANDEEL (%) PER EINDVERWERKER, RECHTS ABSOLUTE PRODUCTIES IN TON SLIBKOEK/J PER EINDVERWERKER

De wijze waarop poederkool impact heeft op de eindverwerking is afhankelijk van de toegepaste technologie of technologieën. Deze kunnen worden ingedeeld naar:

• Biologische droging plus (co)verbranding: in deze verwerkingsroute wordt het ontwa- terde slib eerst biologisch gedroogd (gecomposteerd) waarna het grootste gedeelte wordt verbrand in een afval- of energiecentrale⁴. Hieronder vallen de verwerkingsroutes van GMB Zutphen en Tiel.

- De kwantitatieve aspecten die hier van toepassing zijn: drogestofgehalte, tonnen slibkoek, ton ODS per ton slibkoek en de verbrandingswaarde.

- Drogestofgehalte en tonnen slibkoek: Bij de droging van slib gaat het om de hoeveelheid te verdampen water. Meer of minder te verdampen water beïnvloedt de doorzet van de installatie.

- Ton ODS per ton slibkoek: Voor de verdamping van het water is voldoende ODS nodig die kan worden afgebroken waarbij de benodigde warmte ontstaat. De ODS uit poederkool heeft (vooralsnog) een fossiele oorsprong en zal niet biologisch worden afgebroken. Dit aspect speelt dus verder geen rol bij de impact van poederkool in slib voor biologische droging.

- Verbrandingswaarde: het biologisch gedroogde slib wordt voor het grootste gedeelte verbrand in co-verbrandingsinstallatie. Een hogere verbrandingswaarde heeft invloed hebben op de doorzet van die installatie. In theorie leidt een hogere verbrandingswaarde tot een lagere doorzet als dergelijke installaties thermisch begrensd zijn. Aan de andere kant leidt een hogere verbrandingswaarde tot een hogere energieproductie, waardoor slib + poederkool een aantrekkelijkere brandstof kan zijn. Tot slot speelt mee dat bij de verbranding van (biologisch gedroogd) slib onder andere stikstofcomponenten, zwavel, kwik vrijkomen en via een rookgasreiniging verwijderd dienen te worden. De capaciteit van de rookgasreiniging kan op enig moment ook limiterend zijn voor de te verwerken hoeveelheid biologisch gedroogd slib. Kortom het is niet duidelijk te duiden of een stijging in de verbrandingswaarde een negatieve of positieve invloed heeft op de doorzet van de co-verbrandingsinstallatie.

• Een niet nader bekend (klein) deel van het biologisch gedroogde slib wordt afgezet naar de landbouw in Noord-Frankrijk. De invloed van poederkool in slib voor deze route wordt in paragraaf 4.3.2 beschreven.

4 Voornamelijk door het sluiten van de Duitse markt is de verbrandingscapaciteit voor biologisch gedroogd slib sterk verminderd, waardoor biologisch gedroogd slib is gestort. Echter voor de berekeningen is uitgegaan van het verbranden van het biologisch gedroogde slib. Voor de volledigheid: vanuit dezelfde oorzaak is er vanaf 2018 ook ontwaterd slib gestort.

(18)

• Thermische droging plus (co)verbranding: in deze verwerkingsroute wordt het ontwa- terde slib nu nog met aardgas gedroogd tot een drogestofgehalte van minimaal 90%. Deze verwerkingsroute wordt toegepast in Beverwijk (HHNK), Susteren (WBL) en door Swiss Combi Technology (SCT) in Heerenveen en Garmerwolde⁵. Het gedroogde slib wordt op verschillende wijzen verwerkt. Verwerking vindt plaats in de cementindustrie of in een biomassa energiecentrale (BEC).

- De kwantitatieve aspecten die hier van toepassing zijn: drogestofgehalte, tonnen slibkoek, en de verbrandingswaarde

- Drogestofgehalte en tonnen slibkoek: zie biologisch drogen

- Verbrandingswaarde: Gelijk aan biologisch drogen en aanvullend daarop zal de impact van poederkool in slib afhankelijk zijn van de toegepaste verbrandings- route. Bij verwerking in de cementindustrie levert de extra energieproductie een voordeel op. De mate waarin gedroogd slib in de cementindustrie kan worden verwerkt hangt af van de luchtemissie-eisen die onder andere worden gesteld voor zwavelcomponenten, kwik en stikstofcomponenten. Ditzelfde geldt ook voor de verbranding van gedroogd slib in een BEC. Aanwezigheid van poederkool levert meer energie op, maar verwerking kan begrensd worden door thermische capaciteit of eisen aan luchtemissies.

• Co-verbranding: in dit type installatie wordt ontwaterd slib samen met huishoudelijk af- val verbrand. Dit vond anno 2018 nog plaats bij AEB, Indaver en met het slib (gedeeltelijk) dat via GMB naar Duitsland wordt afgevoerd.

- Het kwantitatieve aspect dat hier van toepassing is, is de verbrandingswaarde:

- De verbrandingswaarde is het resultaat van de warmte die vrijkomt door verbranding van de organische stof en de ‘verkoeling’ die plaats vindt door de verdamping van de hoeveelheid water (beïnvloed door drogestofgehalte). In theorie leidt een hogere verbrandingswaarde tot een lagere doorzet als dergelijke installaties thermisch begrensd zijn. Aan de andere kant betekent dit ook dat er meer energie vrijkomt en er mogelijk ruimte ontstaat om meer nattere stromen te verwerken.

Net als bij de verwerking van gedroogd slib valt hier dus niet eenduidig te duiden of een stijging van de verbrandingswaarde van het slib een positieve of negatieve invloed heeft op de doorzet van de installatie.

• Monoverbranding: in dit type installatie wordt alleen ontwaterd slib verbrand. Dit vindt plaats bij HVC en SNB.

- De kwantitatieve aspecten die voor de huidige installaties invloed hebben zijn: hoeveelheid organisch droge stof en hoeveelheid verdrongen ton slibkoek. Zie toelichting hieronder.

De huidige monoverbranders van HVC en SNB hebben een droger vóór de verbrandingsovens die de aanvoer naar de ovens (met eigen warmte) reguleert om deze binnen een bepaalde bandbreedte van de temperatuur te houden. Dit is schematisch weergegeven in Figuur 4.

5 Het gedroogde slib van Beverwijk wordt verbrand in BEC Alkmaar, het gedroogde slib uit Susteren wordt verbrand bij de cementindustrie. Dit geldt ook voor het gedroogde slib uit de droger van Garmerwolde.

(19)

FIGUUR 4 SCHEMATISCHE WEERGAVE WERKING VAN DE HUIDIGE MONOVERBRANDINGSINSTALLATIES

De capaciteit van de huidige monoverbranders wordt door de wijze waarop deze zijn ontworpen bepaald door de hoeveelheid organische stof. De ovens dienen te worden bedreven binnen een bepaalde bandbreedte van temperatuur (onder- en bovengrens). De drogers die vóór de verbrandingsovens zijn geïnstalleerd, zorgen ervoor dat het slib binnen deze bandbreedte blijft. De te bereiken temperatuur in de ovens is daar wel een samenspel van hoeveelheid ODS (energie) en droge stof (water). Qua droge stof zit daar een onder- en een bovengrens aan. Op het moment dat slib te nat (<19%⁶) wordt aangeleverd kan het zijn dat er te weinig warmte uit de ovens beschikbaar is om het slib zo ver te drogen dat in de ovens de minimale temperatuur wordt gehaald. In dat geval dient er aardgas bijgestookt te worden om het slib voldoende te drogen. Op het moment dat het slib wordt aangeleverd boven het maximale af te voeren drogestofgehalte naar de ovens (>35% DS) zal de doorzet naar de ovens omlaag moeten, omdat anders de temperatuur in de ovens te hoog wordt. Binnen deze grenzen van de drogers heeft het drogestofgehalte van het slib alleen invloed op de hoeveelheid afvalwater dat geproduceerd wordt. In de situatie dat er energie ‘over’ is in de vorm van elektriciteitsproductie zal een hoger drogestofgehalte leiden tot een hogere elektriciteitsproductie, omdat er dan meer warmte overblijft.

3.1.3 SCENARIO’S POEDERKOOLDOSERING

Afhankelijk van op hoeveel en welke rwzi’s PACAS toegepast wordt, veranderen voor de eindverwerkers de hoeveelheden slib en verandert de samenstelling van het slib. De volgende scenario’s zijn in beschouwing genomen:

1. PACAS op de rwzi’s waar het op korte termijn gepland staat⁷; 2. PACAS op de 108 rwzi’s uit de hotspotanalyse⁸;

3. PACAS op de 68 rwzi’s uit de hotspotanalyse⁸; 4. PACAS op de 32 rwzi’s uit de hotspotanalyse⁸.

In bijlage 1 is aangegeven welke specifieke rwzi’s binnen de bovengenoemde scenario’s vallen.

In de bijlage zijn ook enkele technologische gegevens van de zuiveringen uit de BVZ 2018 opgenomen. Per scenario is gekeken naar de impact van poederkooldosering door uit te gaan van een dosering van 10 of 15 mg poederkool per liter afvalwater. Bij de uitwerking van scenario 1 is het vooraf belangrijk te benoemen dat het hier gaat om geplande installaties van poederkooldosering. Of deze installaties gerealiseerd worden, hangt af van verdere besluitvorming daarover. De impact die in dit scenario wordt weergegeven kan dus in de werkelijkheid

6 Bij een organisch drogestofgehalte van 68%.

7 Informatie uit VvZB enquête (2019) met geplande PACAS installaties in de periode 2020 – 2024.

8 Informatie per mail Gerard Rijs 20 December 2019 en STOWA 2017, Landelijke hotspotanalyse geneesmiddelen rwzi’s, 2017 – 42.

(20)

anders zijn. Voor de overige scenario’s geldt dat niet duidelijk is of en in welke volgorde en op welke termijn de waterschappen op de verschillende rwzi’s aanvullende behandelingstappen zullen toepassen voor de verwijdering van microverontreinigingen. In plaats van poederkooldosering aan actiefslib kan daarnaast gekozen worden voor andere technieken.

3.2 UITGANGSPUNTEN BEREKENINGEN

3.2.1 SLIBROUTES – HUIDIGE SLIBPRODUCTIES

In Figuur 5 zijn schematisch de mogelijke routes van slib met poederkool naar de slibeind- verwerkingen weergegeven op basis waarvan de kwantiteitsaspecten zijn berekend. Het slib van alle rwzi´s wordt na een indikstap direct of via een (centrale) gistingslocatie ontwaterd.

FIGUUR 5 SCHEMATISCHE WEERGAVE AFVOERROUTES VAN ONTWATERD SLIB MET POEDERKOOL EN FACTOREN WAAROP DIT POEDERKOOL IMPACT HEEFT BIJ DE SLIBEINDVERWERKING

De slibroutes zijn per rwzi in kaart gebracht. Het slib gaat, direct via een ontwateringslocatie of via een gisting- plus ontwateringslocatie naar een eindverwerker. In de basis is uitgegaan van de Bedrijfsvergelijking Zuiveringsbeheer uit 2018 (BVZ 2018) met alle data per rwzi locatie van onvergist en vergist slib, ontwaterd slibhoeveelheden, zowel in slibkoek als drogestofhoe- veelheden. Om alle slibroutes van 2018 correct in kaart te brengen, zijn alle waterschappen telefonisch benaderd om de ontbrekende informatie aan te vullen. Van iedere rwzi is vastgesteld welke routing het slib doorloopt, via welke gisting (als het slib vergist wordt) en via welke slibontwatering naar welke eindverwerker het slib gaat. In de tussentijd zijn er veranderingen doorgevoerd en/of zijn er veranderingen op handen (zoals bijvoorbeeld de ingebruikname van de extra SGT bij rwzi Hengelo). Deze zijn in berekeningen voor 2018 niet meegenomen en komen aan de orde bij de toekomstscenario’s in hoofdstuk vier.

Eerst zijn alle relevante waarden per slibontwatering berekend, omdat al het slib dat op één ontwatering komt (in ieder geval in 2018) dezelfde eindverwerker heeft. Vervolgens worden alle waarden per verwerker gesommeerd/gemiddeld. Er zijn een aantal uitzonderingen:

• Soms gaat het slib van een waterschap naar meerdere eindverwerkers. Dan is voor iedere gisting en/of slibontwatering het slib naar rato (opgegeven door het waterschap) verdeeld over de eindverwerkers

;

• Het slib van Zutphen en Holten wordt niet ontwaterd door het waterschap maar door de eindver-werker (GMB). Daardoor is de koek handmatig bij de cijfers van de eindverwerker GMB Zutphen opgeteld;

(21)

• Voor de rwzi’s die in 2018 dicht waren maar nog wel in de bedrijfsvergelijking stonden, zijn de voor de berekeningen benodigde technologische gegevens op nul gezet zodat er geen dubbelingen optreden. Het afvalwater van deze zuiveringen wordt immers op een andere locatie behandeld.

3.2.2 POEDERKOOLDOSERING- EN KWALITEIT Poederkoolkwaliteit

Voor de impact van poederkool op de slibkwantiteit zijn gegevens nodig over het organisch drogestofgehalte van het gedoseerde poederkool en de verbrandingswaarde daarvan.

In 2014 is door het Kompetenzzentrum Spurenstoffe BW een uitgebreid onderzoek gedaan naar de impact van poederkool op de slibkwaliteit en – kwantiteit⁹. Uit dit onderzoek blijkt dat voor de kool de hoeveelheid droge stof en de hoeveelheid organisch droge stof gelijk aan elkaar kunnen worden gesteld. Het uitgangspunt voor deze studie is daarom dat het drogestofgehalte van poederkool gelijk is aan het organisch drogestofgehalte van de poederkool.

Ofwel het ODS-gehalte van poederkool is nagenoeg 100%.

De verbrandingswaarde die voor het poederkool in bovengenoemd onderzoek is vastgesteld, bedraagt 29,4 GJ per ton ODS (zie Figuur 6).

FIGUUR 6 VERBRANDINGSWAARDE (HEIZWERT) POEDERKOOL (NAAST IMPACT POEDERKOOL OP VERBRANDINGSWAARDE VAN HET SLIB: “FAULSCHLAMM A”

BETREFT HET SLIB WAAR POEDERKOOL AAN IS TOEGEVOEGD)

Bij één van de leveranciers van poederkool (Cabot) is ook navraag gedaan naar de verbrandingswaarde van poederkool. Zij gaven een range op van 25 – 30 GJ/ton ODS. De door het Kompetenzzentrum Spurenstoffe BW gevonden waarde ligt in deze range. Om deze reden is in dit onderzoek gerekend met een verbrandingswaarde van 29 GJ per ton ODS.

Poederkooldosering

De poederkooldosering is per rwzi (als deze onderdeel is van één van de scenario’s) als volgt berekend:

Met:

P_rwzi =de hoeveelheid tonnen droge stof poederkool per jaar per rwzi Q = het jaargemiddelde debiet m³/j (uit de BVZ 2018)

C = de dosering poederkool in milligram droge stof per liter

9 Meckes, J., Metzger, S., Kapp, H., Untersuchungen zum Spurenstoffbindungsverhalte von Pulveraktivkohle unter anaeroben Bedingungen, Abschlussbericht, UM-Vorhabennr. 352/2013.

(22)

De dosering van poederkool wordt afgetopt bij een aanvoer van 2x DWA. Om die reden is er met een dosering van 0,85 * dosering rekening gehouden.

Voor de poederkooldoseringen is uitgegaan van een dosering van 10 of 15 mg poederkool per liter influent.

3.2.3 DROGESTOFGEHALTE SLIBONTWATERING

De impact van poederkool in slib op het drogestofgehalte van het slib na ontwatering is nog maar beperkt onderzocht. In Figuur 7 zijn de resultaten weergegeven van het eerder- genoemde onderzoek van het Kompetenzzentrum Spurenstoffe BW en de resultaten uit het STOWA PACAS onderzoek dat in 2018 in Papendrecht is uitgevoerd¹.

FIGUUR 7 IMPACT POEDERKOOL IN SLIB OP ONTWATERINGSRESULTAAT (KENNWERT TR(A)) ZOALS ONDERZOCHT DOOR KOMPETENZZENTRUM SPURENSTOFFE- BW (IN GRAFIEK A IS GROEN KOLOM SLIB (FAULSCHLAMM) ZONDER POEDERKOOL, GRIJZE KOLOM IS SLIB MET POEDERKOOL) EN STOWA (B)

A B

Beide onderzoeken laten zien dat de aanwezigheid van poederkool het ontwateringsresultaat verbetert. De mate waarin is door de beperkte omvang van onderzoeksresultaten moeilijk vast te stellen. Wel lijkt het redelijk om daarvoor een effect op het ontwateringsresultaat in de berekening op te nemen. Om die reden wordt de gevoeligheid van het wel of niet verbeteren van de ontwateringsgraad op de af te voeren hoeveelheid slib in de onderhavige studie in de beschouwing meegenomen. De hoeveelheid af te voeren slib is berekend voor twee situaties, één zonder verbetering van het ontwateringsresultaat en één met verbetering van het ontwateringsresultaat.

Geen verbetering ontwatering

Als de slibontwatering door PACAS niet verbetert, is het drogestofgehalte na de ontwatering gelijk aan de situatie zonder PACAS. Het totale gewicht aan droge stof neemt toe met de hoeveelheid gedoseerde droge stof aan poederkool. Dit is door het huidige drogestofgehalte gedeeld om het nieuwe totale gewicht aan slibkoek te berekenen. Ofwel:

• af te voeren hoeveelheid slib (tonnen/j) = (ton ds_slib + ton ds_poederkool)/DS%_huidig

Wel verbetering ontwatering

Net als in de voorgaande situatie neemt het totale gewicht aan droge stof toe met de hoeveelheid gedoseerde droge stof aan poederkool. In de situatie dat de slibstroom met poederkool de enige te ontwateren stroom is op een locatie, dan is de hoeveelheid droge stof gedeeld door: huidig ontwateringsresultaat + 1%. De verbetering van 1% is in Papendrecht gevonden

(23)

bij een dosering van 15 mg poederkool/l. Het effect bij een dosering van 10 mg poederkool/l is onbekend, en zal mogelijk lager liggen. Ervaringen uit de praktijk kunnen hier te zijner tijd meer inzicht in geven.

Op het moment dat ook slibstromen zonder poederkool op dezelfde locatie worden ontwaterd, is het theoretisch te behalen ontwateringsresultaat als volgt berekend:

• DS%_berekend = DS%_huidig + 1% * (secundair slib + poederkool)/(totale slibstroom)

De totale slibstroom kan bestaan uit: primair slib, secundair slib met of zonder poederkool en van het totaal kan een deel wel of niet vergist zijn. Deze verschillen in samenstelling zijn niet af te leiden op basis van de data uit de BVZ 2018. Om al deze slibstromen en de verhoudingen te bepalen zijn de onderstaande uitgangspunten gehanteerd:

• Secundair slibproductie zonder voorbezinktank: 0,048 kilogram droge stof per i.e. per dag.

• Slibproductie met voorbezinktank:

- primair slib: 0,025 kilogram droge stof per i.e. per dag - secundair slib: 0,030 kilogram droge stof per i.e. per dag

• Afbraak droge stof primair slib in slibgistingstank: 50%

• Afbraak droge stof secundair slib in SGT 30%

• De aanwezigheid van poederkool in slib heeft geen effect op de verblijftijd of afbraak van het slib in de gisting.

Op basis van de bovenstaande uitgangspunten is de theoretische verhouding primair en secundair slib als deel van het totaal voor en na de gisting bepaald. Het op deze manier bere- kende aandeel primair- en secundair slib is samengevat in Tabel 1. Deze waarden zijn gebruikt bij de berekeningen.

TABEL 1 THEORETISCH BEPAALD AANDEEL PRIMAIR EN SECUNDAIR SLIB VAN HET TOTAAL VÓÓR EN NA DE GISTING

Slibstroom Aandeel vóór gisting (%) Aandeel na gisting (%)

Primair slib 45 37

Secundair slib 55 63

3.2.4 VERBRANDINGSWAARDE

De verbrandingswaarden voor slib worden berekend aan de hand van de volgende formule¹⁰:

Met:

H_slib = stookwaarde in GJ per ton slib materiaal H_organisch = 21,3 GJ/ton ODS (organische droge stof)¹¹ ODS = organisch gehalte in de droge stof in (%) DS = drogestofgehalte in het slibmateriaal in (%) Hverdamping water = 2,258 GJ/ton (verdampingswarmte van water)

Het organisch drogestofgehalte in het afgevoerde slib is bepaald aan de hand van de in de BVZ 2018 opgegeven waarde voor de asrest van het afgevoerde ontwaterde slib.

10 STOWA, 2015, Verkenning pyrolyse/carbonisatie zuiveringsslib en andere biomassa stromen, rapportnummer 2015 – 37.

11 In de praktijk (bij HVC) worden lagere waardes voor de verbrandingswaarden gevonden (circa 20 GJ/ton ODS).

(24)

Voor poederkool is uitgegaan van een verbrandingswaarde van 29 GJ/ ton ODS. Dit poederkool wordt toegevoegd aan het afvalwater en komt met aanhangend water in het slib terecht. De verbrandingswaarde van het poederkool in het slib wordt dus ook berekend met dezelfde formule, waarbij H_organisch wordt vervangen door de waarde van 29 GJ/ton ODS en het (hoge) ODS gehalte. Het drogestofpercentage bepaalt uiteindelijk hoeveel de verdampingswarmte van water op de poederkool fractie in mindering wordt gebracht. Beide verbrandingswaarden worden bij elkaar opgeteld en vervolgens berekend per ton ontwaterde slibkoek.

3.2.5 MONOVERBRANDERS: ORGANISCH DROGESTOFPRODUCTIE EN VERDRONGEN HOEVEELHEID SLIBKOEK

De hoeveelheid te verwerken organisch droge stof is berekend aan de hand van de hoeveelheid organisch droge stof (ODS) in het slib en de hoeveelheid ODS dat als poederkool wordt aangeleverd.

De hoeveelheid organisch droge stof bepaalt niet alleen de doorzet van slibkoek in een monoverbrandingsinstallatie. Dit wordt ook bepaald door de hoeveelheid energie die per ton ODS vrijkomt. Voor poederkool ligt deze met 29 GJ/ton ODS een factor 1,36 hoger dan de verbrandingswaarde van de ODS uit slib (21,3 GJ/ton ODS). Met andere woorden één ton ODS poederkool verdringt 1,36 ton ODS slib. Om dit voor de totale te verwerken hoeveelheid slib in een monoverbrandingsinstallatie te vertalen zijn de volgende rekenstappen uitgevoerd:

• ton ODS slib verdrongen = ton ODS poederkool gedoseerd x 1,36

• ton DS slib verdrongen = verdrongen ODS slib/ODS gehalte slib

• ton slibkoek verdrongen = verdrongen DS slib/DS gehalte slib

De verdrongen hoeveelheid slibkoek wordt nog gerelateerd aan de huidige verwerkingscapaciteit van de beide monoverbrandingsinstallaties. Feitelijk kan de verdrongen hoeveelheid slib ook gezien worden als de extra capaciteit die nodig is om het slib met poederkool te kunnen verwerken. Ter illustratie: met bovengenoemde bepaling waarbij het slib een ODS gehalte heeft van 69% en een drogestofgehalte heeft van 23%, verdringt 1 ton poederkool 8,5 ton slibkoek, ofwel is 8,5 ton extra verbrandingscapaciteit nodig. In de praktijk worden voor de verbrandingswaarde van ODS andere, lagere waarden gevonden. Bij een lagere verbrandingswaarde van het slib zal de verdrongen hoeveelheid slib door 1 ton poederkool toenemen.

3.3 IMPACT OP SLIBKWANTITEIT

Het doel van dit hoofdstuk is om inzicht te krijgen in de impact van poederkool op de huidige verwerkingsroutes en wat daarbij de invloed is van:

• Het aantal rwzi’s (de vier scenario’s).

• De mate van poederkooldosering (10 of 15 mg poederkool/l).

• Wel of geen verbetering van het ontwateringsresultaat (absoluut 0% of 1% droge stof erbij).

Om dit doel te bereiken en aan de andere kant het aantal grafieken en tabellen beperkt te houden, wordt het gevraagde inzicht in de invloed van bovengenoemde aspecten geïllus- treerd aan de hand van één verwerkingsroute. Er is hierbij gekozen voor de route van biologisch drogen van GMB en verbranden (als tweede stap) omdat hierbij de invloed van alle drie genoemde aspecten het beste zichtbaar is. De impact van poederkool in slib op de andere routes wordt dan vervolgens geïllustreerd bij één poederkooldosering en één ontwateringsresultaat.

(25)

3.3.1 BIOLOGISCH DROGEN PLUS VERBRANDING

Voor biologisch drogen plus verbranding van het gedroogde slib zijn de kwantitatieve aspecten de hoeveelheid slibkoek, het drogestofpercentage en de verbrandingswaarde van toepassing. Aan de hand van deze aspecten wordt de invloed van de hierboven genoemde factoren geïllustreerd. Dit is gedaan voor alle verwerkingsroutes die bij GMB plaatsvinden. De route via GMB Tiel en GMB Zutphen betreffen composteren + verbranden, de afvoerroute naar AEB is de co-verbranding van ontwaterd slib.

Dit geldt ook voor de afvoerroute naar Duitsland. De invloed van poederkool in slib op het proces van biologisch drogen en verbranden wordt hier dus geïllustreerd aan de hand van de routes GMB Tiel en Zutphen.

Invloed aantal rwzi’s met poederkooldosering

De invloed van het aantal rwzi’s met poederkooldosering op de hoeveelheid te verwerken tonnen slib en de verbrandingswaarde is geïllustreerd voor de situatie waarin is uitgegaan van 15 mg poederkool/l en 0% verbetering van het ontwateringsresultaat. Het resultaat is opgenomen in Figuur 8.

FIGUUR 8 INVLOED POEDERKOOL IN SLIB OP PROCENTUELE VERANDERING IN A: HOEVEELHEID TE VERWERKEN SLIBKOEK EN B: DE VERBRANDINGSWAARDE.

UITGANGSPUNTEN: 15 MG POEDERKOOL/L EN 0% VERBETERING ONTWATERINGSRESULTAAT. SCENARIO 1 16 RWZI’S, SCENARIO 2 108 RWZI’S, SCENARIO 3 68 RWZI’S, SCENARIO 4 32 RWZI’S

A B

De impact van het aantal rwzi’s op de hoeveelheid te verwerken tonnen slibkoek is in Figuur 8 goed zichtbaar. De impact neemt in het scenario met de meeste rwzi’s (scenario 2) met maximaal ruim 3% toe. De toename in verbrandingswaarde is sterker dan de maximale toename in de af te voeren hoeveelheid slib. De verklaring hiervoor is dat er organische droge stof (poederkool) wordt toegevoegd met een hogere energetische inhoud dan die van de organische droge stof van het slib. Bij een verbetering van het ontwateringsresultaat zal dit effect nog groter zijn, zoals verderop in deze paragraaf wordt geïllustreerd. De verandering in de absolute hoeveelheid extra te verwerken tonnen slibkoek is weergegeven in Tabel 2. Omdat bij een aantal waterschappen het slib van verschillende rwzi’s via verschillende routes bij GMB worden verwerkt is hier niet het onderscheid mogelijk tussen afvoer naar locatie (Zutphen, Tiel, AEB, en Duitsland).

(26)

TABEL 2 OVERZICHT VAN AANTAL RWZI’S PER SCENARIO DIE SLIB AFVOEREN NAAR GMB EN DE EXTRA TONNEN SLIBKOEK DIE IN ELK VAN DE SCENARIO’S WORDT VERWERKT

Parameter Eenheid Scenario 1 Scenario 2 Scenario 3 Scenario 4

Aantal rwzi’s - 3 23 18 7

Extra tonnen slib ton/j 329 6.410 4.992 1.138

Capaciteit GMB ton/j 282.000 282.000 282.000 282.000

Aandeel extra tonnen % 0,1 2,3 1,8 0,4

Het aantal en de schaalgrootte van de rwzi’s die poederkooldosering toepassen bepalen het effect. Omdat in de hier geschetste situatie geen verbetering van het ontwateringsresultaat is meegenomen treedt er geen verandering op in het drogestofgehalte. Aangezien in deze situatie wel de hoeveelheid te verwerken slibkoek toeneemt zorgen de extra te verwerken tonnen slib in de huidige situatie voor een verlaging van de doorzet.

Bij een mogelijke toekomstige installatie kan met deze toename rekening worden gehouden.

Invloed poederkool dosering

Om de invloed van de poederkooldosering inzichtelijk te maken is in Figuur 9 de impact op de te verwerken hoeveelheid ton slibkoek en de verbrandingswaarde bij een dosering van 10 mg poederkool/l (en 0% impact ontwateringsresultaat) weergegeven. Dit is vergeleken met de impact bij een dosering van 15 mg poederkool/l zoals weergegeven in Figuur 8. Logischerwijs neemt bij een lagere dosering de impact evenredig af.

UITGANGSPUNTEN: 10 MG POEDERKOOL/L EN 0% VERBETERING ONTWATERINGSRESULTAAT

A B

Invloed ontwateringsresultaat

De invloed van het ontwateringsresultaat is geïllustreerd door te kijken naar een dosering van 10 mg poederkool/l waarbij het ontwateringsresultaat wel met 1% verbetert. Het resultaat hiervan is weergegeven in Figuur 10.

(27)

UITGANGSPUNTEN: 10 MG POEDERKOOL/L EN 1% VERBETERING ONTWATERINGSRESULTAAT

A B

Een verbetering van het ontwateringsresultaat met absoluut 1% heeft een sterk effect op de hoeveelheid slibkoek (vergelijk Figuur 9A met Figuur 10A). De toegenomen doorzet door de kool wordt voor een aanzienlijk deel gecompenseerd; soms is de hoeveelheid slib naar de eindverwerker zelfs minder dan vóór de dosering van poederkool.

Dit is zichtbaar voor de route waarin slib via GMB naar AEB wordt afgevoerd. Dit betreft het slib van Zuiderzeeland wat grotendeels bestaat uit het slib van de awzi Almere en waar de verbetering in ontwateringsresultaat leidt tot een lagere afvoer dan in de huidige situatie.

Dit is geïllustreerd in Tabel 3. Deze zuivering heeft een laag jaarlijks debiet (DWA stelsel) en daarmee een lage hoeveelheid te doseren poederkool¹². Er is in Almere ook geen gisting, dus een groot deel van het slib heeft baat bij het effect van poederkool op de ontwatering. Daarom neemt de hoeveelheid te verwerken slib voor het AEB dus af. Een dergelijke impact kan ook bij andere installaties een rol spelen wanneer de te ontwateren slibstroom voor een groot gedeelte bestaat uit slib waar poederkool aan is toegevoegd.

TABEL 3 ILLUSTRATIE IMPACT POEDERKOOL IN SLIB OP AF TE VOEREN SLIBHOEVEELHEID MET EN ZONDER VERBETERING ONTWATERINGSRESULTAAT.

VOORBEELD IS ONTWATERINGSLOCATIE ALMERE, WAAR SLIB ALMERE EN ZEEWOLDE WORDT ONTWATERD EN WAAR IN SCENARIO 2 IN ALMERE 10 MG POEDERKOOL/L WORDT GEDOSEERD

Huidig Poederkool+0% Poederkool+ 1%

Slib ton DS/j 4.524 4.524 4.524

Poederkool ton DS/j 0 99 99

Totaal ton DS/j 4.524 4.623 4.623

Verandering % 2,2 2,2

DS na ontwatering % 20,5 20,5 21,3

Totaal slib ton/j 22.090 22.573 21.662

Verandering % 2,2 -1,9

De impact van een positieve invloed op het ontwateringsresultaat kan groot zijn op het niveau van één zuivering. Als wordt gekeken naar de verandering in drogestofgehalte van het te verwerken slib op het niveau van GMB Tiel of Zutphen dan is deze verandering kleiner. In Tiel neemt deze toe van 23,2% tot maximaal 23,6% in het geval van scenario 2. Voor Zutphen geldt eenzelfde beeld waarbij het drogestofgehalte toeneemt van 24,6% naar maximaal 24,9%

in scenario 2. De stijging van het drogestofgehalte zorgt er voor beide locaties in scenario 2 voor dat de te verwerken hoeveelheid slibkoek nauwelijks stijgt en de te verdampen hoeveelheid water ook nagenoeg gelijk blijft aan de situatie zonder poederkooldosering. In een dergelijke situatie zou de doorzet van de installatie dus nauwelijks beïnvloed worden.

12 Er wordt aan relatief weinig kool (door het lage debiet) een relatief groot effect op de droge stof verhoging bij de slibontwatering toegedicht. Waar liggen de systeemgrenzen?

(28)

Voor de impact op de verbrandingswaarde heeft een beter ontwateringsresultaat juist een omgekeerd effect. Een hoger ontwateringsresultaat leidt tot een hogere verbrandingswaarde per ton slibkoek. Het effect van de extra toevoeging van energie in de vorm van poederkool wordt versterkt doordat minder water mee wordt afgevoerd en dus netto meer warmte vrijkomt bij de verbranding van dit slib. De impact van een hogere verbrandingswaarde op de verwerking van het biologisch/thermisch gedroogde slib is niet eenduidig vast te stellen, omdat de capaciteit voor de verbranding van het gedroogde slib niet alleen wordt bepaald door de verbrandingswaarde, maar ook omdat de energieopbrengst en de capaciteit van de rookgasreiniging daarin een rol spelen.

Samenvatting invloedsfactoren

De mate van poederkooldosering heeft logischerwijs een evenredig effect op de toename van de af te voeren hoeveelheid slib en de verbrandingswaarde. De mate waarin zal sterk afhangen van het aantal zuiveringen met poederkooldosering en de omvang daarvan waarop poederkooldosering in de toekomst wordt toegepast. Met de huidige kennis lijkt het waarschijnlijk dat het aantal ergens tussen de aantallen van scenario één (16) en vier (34) zal komen te liggen.

Een verbetering van het ontwateringsresultaat bij poederkooldosering kan een sterk effect hebben op de af te voeren hoeveelheid slib. De toegevoegde hoeveelheid extra droge stof kan bij een groot aandeel slib plus poederkool bij de ontwatering gecompenseerd worden door een hoger drogestofgehalte, waardoor de af te voeren hoeveelheid slibkoek zelfs kan dalen.

Bij een hoger drogestofgehalte neemt de verbrandingswaarde ook sterker toe omdat de extra energie van het poeder geconcentreerd wordt in een kleinere hoeveelheid slibkoek. Gezien het grote effect die een verbetering van het ontwateringsresultaat kan hebben, is het advies om het effect van poederkool op het ontwateringsresultaat in de praktijk te volgen (zie verder hoofdstuk 5).

Om zoveel mogelijk aan te sluiten bij de bevindingen van de enige PACAS proef die in Nederland heeft plaatsgevonden, is voor het vervolg van deze paragraaf en in hoofdstuk vier uitgegaan van een dosering van 15 mg poederkool/l, waarbij er bij de slibontwatering een absolute verbetering van 1% plaatsvindt.

3.3.2 THERMISCH DROGEN PLUS VERBRANDING

Voor thermisch drogen plus verbranding als tweede stap zijn de kwantitatieve aspecten hoeveelheid slibkoek (en DS%) en verbrandingswaarde van toepassing. Voor de drogers in Beverwijk, Garmerwolde, Heerenveen en Susteren is de impact van poederkool in slib op de te verwerken hoeveelheid slibkoek en verbrandingswaarde weergegeven in Figuur 11. In Figuur 11A is naast de procentuele verandering in de hoeveelheid af te voeren slib ook het drogestofgehalte van dit slib opgenomen.

(29)

FIGUUR 11 INVLOED POEDERKOOL IN SLIB OP PROCENTUELE VERANDERING IN A: HOEVEELHEID TE VERWERKEN SLIB EN DROGESTOFGEHALTE EN B: DE VERBRANDINGSWAARDE. UITGANGSPUNTEN: 15 MG POEDERKOOL/L EN 1% VERBETERING ONTWATERINGSRESULTAAT

A B

Uit Figuur 11A is af te leiden dat de hoeveelheid te verwerken slibkoek met maximaal circa 4%

toeneemt. Bij sommige installaties zoals die van SCT Garmerwolde en Susteren is te zien dat het drogestofgehalte van het te verwerken slib vrij sterk stijgt in de situatie dat bij veel zuiveringen poederkool wordt gedoseerd (scenario 2). De verklaring hiervoor is dat in deze situatie in de relatief kleine drooginstallaties een groter aandeel slib met poederkool verwerkt wordt. Voor SCT Garmerwolde is dit in scenario 2 bijvoorbeeld de rwzi Garmerwolde die met 300.000 i.e. een groot aandeel heeft in de te verwerken hoeveelheid slib. Voor Susteren geldt dat in scenario 2 bij acht van de 13 aanleverende zuiveringen poederkool wordt gedoseerd, waaronder Hoensbroek met circa 300.000 i.e. Het effect daarvan is versterkt terug te zien op de verbrandingswaarde. Door een beter ontwateringsresultaat wordt de extra toegevoegde energie ook nog geconcentreerd in een kleinere hoeveelheid slib.

Een overzicht van het aantal rwzi’s per drooginstallatie, het aantal rwzi’s met poederkooldosering en de extra hoeveelheid te verwerken slib met poederkool is weergegeven in Tabel 4.

TABEL 4 OVERZICHT AANTAL RWZI’S PER DROOGLOCATIE TOTAAL EN PER SCENARIO EN EXTRA TE VERWERKEN HOEVEELHEID SLIBKOEK (TON/J) PER SCENARIO

Locatie - droger Scenario 1 2 3 4

SCT Heereveen via SNB* aantal rwzi’s (van 24) 0 12 8 3

extra ton slib 0 1.679 1.466 716

SCT Garmerwolde aantal rwzi’s (van 27) 1 10 8 6

extra ton slib 1** 1.528 1.208 2

Beverwijk aantal rwzi’s (van 15) 1 5 5 1

extra ton slib 261 992 992 433

Susteren aantal rwzi’s (van 13) 1 8 3 1

extra ton slib 27 1.752 1.036 428

*Dit is het slib van Vechtstromen ** Het gaat hier om een kleine pilot waarop maar een heel klein deel van het influent poederkool wordt gedoseerd,

De uiteindelijke impact op de droog- en verbrandingscapaciteit als tweede stap is afhankelijk van de mate waarin poederkool de komende vijf tot tien jaar wordt toegepast. Veel van de genoemde drooginstallaties zullen naar verwachting rond 2025 uit bedrijf zijn genomen¹³. De impact van poederkool op de verbrandingscapaciteit als tweede stap is niet eenduidig aan te geven maar zal mede afhankelijk zijn van de toegepaste verbrandingsroutes. Het gedroogde slib van Susteren wordt verbrand in de cementindustrie. De extra energieopbrengst door de aanwezigheid van poederkool is dan een voordeel. De mate waarin gedroogd slib daar kan worden verbrand hangt meer af van de luchtemissie-eisen die worden gesteld voor zwavelcomponenten. Bij een te hoog aandeel slib kunnen deze eisen worden overschreden.

13 Wegens de uitfasering van aardgas